Klimato kaitos poveikis Lietuvos paviršiniams vandens telkiniams

 

1 Įvadas

Siekiant geros paviršinių vandens telkinių geros ekologinės būklės svarbūs yra keli veiksmų etapai. Pirmiausia išsiaiškinama dabartinė vandens telkinių būklė ir ją apsprendžiantys veiksniai (poveikio šaltiniai). Po to svarbu įvertinti kaip kis poveikiai, natūralios gamtinės sąlygos ir būklė iki planuojamo termino, atsižvelgiant į jau suplanuotas priemones, įvairių sektorių plėtros strategijas ir kitus veiksnius. Teoriškai tik po šio etapo tikslinga analizuoti kokių papildomų neigiamų poveikių vandens telkiniams mažinimo priemonių reikia, kad būtų pasiekti užsibrėžti aplinkosauginiai tikslai.

Šiame darbe siekiama įvertinti principinį klimato kaitos scenarijų poveikį:

1. paviršinių vandens telkinių hidrologiniam režimui;
2. teršalų apkrovoms į paviršinius vandens telkinius;
3. vandens telkinių kokybei (akcentuojantis į azoto junginius).

Agentūra jau yra atlikusį klimato kaitos poveikių Lietuvos vandens telkinių atžvilgiu literatūros apžvalgą, kurioje pateikiami tam tikrais analizės aspektais gautų rezultatų santrauka. Daugiausia Lietuvos kontekste buvo nagrinėjami hidrologiniai klimato kaitos poveikio aspektai, ir tik maža dalis dėmesio buvo skirta taršai ir vandens kokybei. Pastarųjų aspektų detalesniam panagrinėjimui ir yra skirtas šis darbas.

 

2 Metodika

2.1 Upių modeliavimo sistema

Darbui pasitelkta SWAT modelio pagrindu parengta Aplinkos apsaugos agentūros Upių modeliavimo sistema (toliau - UMS), kuri detaliai aprašyta specialioje ataskaitoje, patalpintoje Agentūros puslapyje]. Pateikti modeliavimo rezultatai apima tik Lietuvos teritorija (Pav. 2.1), nors UMS apie dalies Lenkijos ir Baltarusijos teritorijų modeliavimą. Tačiau gauti rezultatai naudojami gauti kraštines sąlygas Lietuvos teritorijos modeliavimui.

Paveikslėlis 2.1: UMS dengiama teritorija.

Modelio įvestims buvo paruošta ir panaudota visa detaliausia prieinama informacija iš nacionalinių ir tarptautinių duomenų šaltinių, kreipiantis į eilę institucijų ir atskirų sričių (žemės ūkio, dirvožemio ir kt.) ekspertus. Pagrindiniai UMS paruošimui naudoti duomenys ir jų šaltiniai buvo šie:

• Lietuvos Respublikos Upių, ežerų ir tvenkinių kadastro erdviniai GIS duomenys (Aplinkos apsaugos agentūra)[mastelis 1:10 000];
• Skaitmeninis aukščių žemėlapis, sudarytas iš žemės paviršiaus lazerinio skenavimo taškų - SEŽP_0,5LT duomenų (Nacionalinė Žemės Tarnyba)[2m erdvinė raiška];
• Dirvožemio duomenys iš dirvožemio duomenų bazės - DIRV_DR10LT (Nacionalinė Žemės Tarnyba)[mastelis 1:10 000];
• Miškų Kadastro duomenys (Miškų Tarnyba)[mastelis 1:10 000];
• Deklaruotų pasėlių duomenys (Žemės Ūkio ir Kaimo Verslo Centras)[mastelis 1:1000];
• Apleistų žemių duomenys - AZ_DR10LT (Nacionalinė Žemės Tarnyba)[mastelis 1:10 000];
• Nacionaliniai georeferenciniai duomenys - GDR10LT (Nacionalinė Žemės Tarnyba)[mastelis 1:10 000];
• Aukštos raiškos nelaidaus paviršiaus sluoksnis (Geoland2)[10m erdvinė raiška];
• Kvartero geologiniai duomenys (Lietuvos Geologijos Tarnyba)[mastelis 1:200 000];
• Dirvožemio savybių lentelė (dirvožemio ekspertas)[skirtingų dirvožemio tipų profilių parametrų reikšmės iš DIRV_DR10LT and Miškų Kadastro duomenų];
• Meteorologiniai duomenys (Hidrometeorologijos Tarnyba)[vidutiniai paros and valandiniai matavimai];
• Sutelktosios taršos duomenys (Aplinkos apsaugos agentūra)[metiniai vidurkiai ir mėnesiniai duomenys iš didžiųjų taršos šaltinių (mėnesiniai duomenys tik 2006-2016 periodui)];
• Vandens kokybės monitoringo duomenys (Aplinkos apsaugos agentūra)[mėnesinės vertės];
• Vandens nuotekio duomenys (Hidrometeorologijos Tarnyba)[paros nuotėkio vidurkiai];
• Žemės ūkio statistika (Lietuvos Statistika)[metiniai statistiniai duomenys];
• Vandens paėmimas (Aplinkos apsaugos agentūra)[metiniai duomenys];
• Pasėlių tręšimo duomenys (žemės ūkio ekspertas)[kiekiai pagal pasėlių tipus, tręšimo būdus ir laiką];
• Baltarusijos duomenys (Jungtinių Tautų Aplinkos Programos DatabasinN GIS projekto duomenų bazė)[mastelis 1:500 000];
• Batimetriniai vandens telkinių duomenys (Aplinkos apsaugos agentūra)[1m erdvinė raiška];
• Požeminio vandens taršos duomenys (Aplinkos apsaugos agentūra) [sumodeliuotos vidutinės koncentracijos];
• Melioracijos duomenys - MELDR10LT (Nacionalinė Žemės Tarnyba) [mastelis 1:10 000];
• Tvenkinių naudingasis tūris (Aplinkos apsaugos agentūra) [fiksuotos vertės iš tvenkinių naudojimo taisyklių];
• Nusėdimo iš atmosferos duomenys (Europos Monitoringo ir Vertinimo Programa)[0.1 lapsnio gardelė].

Daugiau informacijos apie UMS pateikta specialioje ataskaitoje, patalpintoje Agentūros puslapyje.

 

2.2 Klimato modelių duomenys

Panaudoti regioninių klimato modelių duomenys pateikti Lentelėje 2.1.

Lentelė 2.1: RCM ir GCM modelių kombinacijos panaudotos tyrime

Regioniniai Klimato Modeliai	Globalūs Apjungti Modeliai
HIRHAM5 (DMI)	HadGEM2-ES (MOHC)
RACMO22E (KNMI)	EC-EARTH (ICHEC)
RCA4 (SMHI)	NorESM1-M (NCC)
CCLM4-8-17 (CLMcom)	MPI-ESM-LR (MPI)
WRF381P (IPSL)	IPSL-CM5A-MR (IPSL)
REMO2015 (GERICS)	NorESM1-M (NCC)
REMO2009 (MPI-CSC)	MPI-ESM-LR (MPI)

 

3 Rezultatai

3.1 Hidrologiniai pokyčiai dėl klimato kaitos

3.1.1 Metinio vandens nuotėkio pokyčiai

Suminio metinio vandens balanso dedamųjų modeliavimo pagal skirtingus klimato kaitos scenarijus ir laiko horizontus rezultatai rodo, kad ateityje tikėtinas suminis kritulių kiekio pagausėjimas. Medianinės suminės kritulių vertės iki amžiaus pabaigos išaugtų 5.7% prie RCP4.5 scenarijaus, ir iki 17.9% pagal RCP8.5 scenarijų. Augančios temperatūros amžiaus pabaigoje sumažintų vandens atsargas sniego ir ledo pavidale maždaug -32.7% ir -60% prie atitinkamai RCP4.5 ir RCP8.5 scenarijų.

Šie vandens balanso dedamųjų pokyčiai turėtų ženklų poveikį metiniam vandens nuotėkiui. Iki amžiaus pabaigos paviršinis nuotėkis prie RCP4.5 ir RCP8.5 scenarijų turėtų sumažėti atitinkamai iki -17.9 ir -15.9%. Kita vertus, paviršinio nuotėkio netektis turėtų būti daugiau nei kompensuotas gausesnių kritulių nulemtos 5.8% padidėjusios vandens infiltracijos ir šio proceso išdavoje išaugusio nuotėkio per dirvožemį, drenažą ir požeminio vandens iškrovas. Pavyzdžiui, prie ekstremaliausio scenarijaus amžiaus pabaigoje pagausėjus dirvožemio vandens metinis vandens nuotėkis RCP8.5 scenarjaus atveju iki amžiaus vidurio padidėtų 7%, o iki amžiaus pabaigos - 35.4%. RCP4.5 scenarijaus atveju nuotėkio išaugimas sudarytų atitinkamai 9.7 ir 9.6%. Detaliau su metinio vandens balanso sudedamųjų pokyčiais galima susipažinti Paveikslėlyje 3.1.

Paveikslėlis 3.1: Hidrologinių parametrų modeliavimo rezultatai, išreikšti kūbiniais metrais per metus

 

3.1.2 Vandens nuotėkio pokyčiai atskirais mėnesiais

Klimato kaitos poveikio vandens balanso elementams prognozės pagal atskirus mėnesius rodo, kad kritulių kiekio pokyčiai labiausiai nestabilūs, sunkiausiai prognozuojami gegužės - spalio mėnesiais, kaip galima pastebėti iš Paveikslėlio 3.2. Tuo tarpu gruodžio - vasario mėnesiais tikėtinas gana ryškus ir aiškus kritulių kiekio augimas, ypač RCP8.5 scenarijaus atveju. Tačiau pastarasis scenarijus pasižymi ir didžiausia galima tikėtinų verčių variacija. Žvelgiant į Paveikslėlyje 3.2 pavaizduotus galimus santykinius kritulių kiekio pokyčius, lyginant amžiaus vidurio ir amžiaus pabaigos laiko horizontus su dabartimi, galima pastebėti, kad kritulių kiekis augs arba išliks stabilus praktiškai visais mėnesiais, ryškiausiai išsiskiriant žiemos mėnesiams bei taip pat galimai rugpjūčio - spalio mėnesiais.

Ryškiausi pokyčiai vandens sniego ir ledo formoje kiekyje tikėtini vasario - balandžio mėnesiais prie RCP4.5 scenarijaus. Amžiaus pabaigoje balandį nebebus sniego apskritai, o ekstremaliausio scenarijaus atveju balandis ir lapkritis taps šiltaisiais mėnesiais. Be to, amžiaus pabaigoje gruodžio - kovo periodas pasižymės ryškiu sniego ir ledo tirpsmo vandens nuotėkio sumažėjimu, nes ženkliai susitrauks sniego ir ledo plotai ir jų storiai šiuo peiodu. Šis sumažėjimas gruodį, sausį, vasarį ir kovą sudarys atitinkamai -50.9%, -40.3%, -43.1% ir -86.1%.

Paviršinio vandens nuotėkio kritimas kovo ir balandžio mėnesiais būtų didžiausias, ypač RCP8.5 scenarijaus atveju. Pažymėtina, kad liepos - sausio mėnesiais galimai bus stebimas paviršinio nuotėkio kilimo trendas, ypač RCP8.5 scenarijaus atveju amžiaus pabaigos laiko horizonte. Tačiau šis teigiama tendencija pakankamai reikšmingai atrodo tik jeigu analizuojami santykinių pokyčių (lyginant su istoriniu periodu) duomenys.

Vandens nuotėkis su požeminiu vandeniu susidurtų su nežymiais pokyčiais amžiaus vidurio laiko horizonte (iki 34.9% išaugimu vasarį), tačiau amžiaus pabaigoje tikėtinas 53.1%, 60.2% ir 59.7% nuotėkio augimas sausį, vasarį ir kovą. Kitais mėnesiais pokyčiai būtų mažesni. Šiek tiek mažiau išreikštos požeminio nuotėkio augimo tendencijos bus jaučiamos ir maždaug nuo rugpjūčio iki lapkričio. Gegužės - liepos periodai bus gana stabilūs (be ryškesnių pokyčių), nors tam tikri skirtumai tarp scenarijų galimi. RCP8.5 scenarijaus atveju nuotėkis bus stabilus arba truputį augs, o RCP4.5 scenarijaus metu galimas netgi nuotėkio sumažėjimas.

Bendras vandens nuotėkis amžiaus viduryje didžiausius pokyčius patirs sausį ir vasarį (išaugs atitinkamai 51.2% ir 40%). Dėl sumažėjusio sniego ir ledo tirpsmo vandens bendras nuotėkis mažės pavasarį (kovą - gegužę). Šie trendai amžiaus pabaigoje tik sustiprės, didžiausią augimą fiksuojant lapkričio - vasario mėnesiais, atitinkamai 45%, 58.6, 71.3 ir 70.6%. Pavasarinis (kovą - balandį) kritimas šiuo atveju siektų atitinkamai -11.2% ir -29.8%. Atkreiptinas dėmesys, kad RCP8.5 scenarijus ne tik paryškina trendus, tačiau tuo pačiu ir padidina rezultatų neapibrėžtumą (išsibarstymą). Pažymėtina, kad didesnis kritulių, padidindamas paviršinį ir požeminį nuotėkį, taip pat šiek tiek padidins ir bendrą vandens nuotėkį liepos - spalio mėnesiais.

Paveikslėlis 3.2: Mėnesinių hidrologinių parametrų modeliavimo rezultatai, išreikšti kūbiniais metrais per mėnesį

Pagal Paveikslėlį 3.3 galima matyti, kad evapotranspiracijos parametrų vertės reikšmingai augs lapkričio - gegužės periodu, tačiau likusiais mėnesiais trendai nėra aiškūs, galimi netgi nedideli verčių sumažėjimai.

Dirvožeminio ir drenažinio vandens nuotėkis kris kovo - birželio mėnesiais, tačiau likusiais mėnesiais bus stebima kilimo tendencija, kuri ypač ryški bus žiemos mėnesiais ir ypač amžiaus gale.

Vandens infiltracija pro šaknų zoną labai aiškiai siejasi su dirvožeminio ir drenažinio vandens nuotėkio trendais - kuo daugiau vandens su krituliais infiltruojasi į dirvą, tuo daugiau vandens stebime požeminiame ir dirvožeminiame-drenažiniame nuotėkyje. Tikėtina, kad pavasaris ir vasara mažins vandens kiekį dirvoje kaip ir požeminio vandens pasipildymą, tačiau ruduo ir žiema bus tie sezonai, kai požeminio vandens nuostoliai pilnai atsistatys.

Paveikslėlis 3.3: Santykiniai skirtumai (procentais) mėnesinių medianinių hidrologinių parametrų modeliavimo rezultatuose, lyginant Amžiaus vidurio ir Amžiaus pabaigos scenarijus su Istoriniu periodu

 

3.2 Vandens taršos ir kokybės pokyčiai dėl klimato kaitos

3.2.1 Metiniai vandens taršos ir kokybės pokyčiai

Klimato kaitos nulemti hidrologinio režimo pokyčiai turės tiesioginį poveikį maistinių medžiagų (azoto ir fosforo) ir sedimentų išplovimui bei patekimui į vandens telkinius. Paveikslėlis 3.4 iliustruoja metinius šių elementų krūvius, pasiekiančius vandens telkinius skirtingais keliais. Sedimentai, organinis azotas, organinis bei mineralinis fosforas yra tarpusavyje tampriai susiję, nes jie į vandens telkinius patenka pagrindinai su paviršiniu nuotėkiu. Dėl šios priežasties prognozuojamas ryškus paviršinio nuotėkio sumažėjimas reiškia, kad sumažės ir aukščiau išvardintų elementų krūviai. Ekstremaliausio scenarijaus atveju amžiaus pabaigoje sedimentų, organinio azoto, organinio ir mineralinio fosforo krūviai sumažėtų atitinkamai -13.3, -22.4, -15.3 ir -6.3%. Tačiau tuo pačiu metu prie tokio paties scenarijaus ir laiko horizonto iš dirvos išsiplaunančių nitratų progozuojamo į vandens telkinius patenkančio kiekio augimas atrodo labai ženklus. Su drenažu į vandens telkinius patenkančių nitratų pagausės maždaug 153.1%, su dirvos vandeniu - 57.2%, o su požeminiu vandeniu - 108.7%. Suminis azoto krūvių išaugimas amžiaus pabaigoje pagal šį scenarijų sudarytų 64.4 % (amžiaus viduryje - 24.4 %). Tai sietina su padidėsiančiu bendru metiniu kritulių kiekiu ir padidėjusia infiltracija į dirvą, dėl ko daugiau vandens iš atmosferos į vandens telkinius pateks per dirvožemį. Tačiau ne ką mažiau svarbus, o galbūt net svarbesnis veiksnys, didinantis nitratų patekimą į vandens telkinius, bus dėl augančios temperatūros spartėjanti dirvožemio mineralizacija (azoto junginių nitrifikacija). Nitrifikacijos procesas gali padidinti nitratų krūvį į vandens telkinius 8.5%.

Vidutinis (RCP4.5) scenarijus atneštų daug mažesnius, tačiau visvien reikšmingus pokyčius. Tikėtina, kad amžiaus pabaigoje nitratų krūvis į vandens telkinius patenkantis per drenažą išaugtų 60.4%, per dirvožemio vandens iškrovas - 31.5%, su požeminiu vandeniu - 58.1% ir su paviršiniu nuotėkiu - 2%. Suminis azoto krūvių išaugimas amžiaus pabaigoje pagal šį scenarijų sudarytų 23.1 % (amžiau viduryje - 20.9 %). Sedimentų ir su jais susijusių azoto ir fosforo junginių krūvio sumažėjimas dėl paviršinio nuotėkio kritimo taip pat bus švelnesnis. Sedimentų krūvis sumažėtų maždaug -11.4%, organinio azoto - -26.3%, organinio fosforo - -15.2% ir mineralinio fosforo - -3.7%.

Paveikslėlis 3.4: Vandens kokybės parametrų modeliavimo rezultatai, išreikšti tonomis per metus

 

3.2.2 Teršalų krūvių į vandens telkinius pokyčiai atskirais mėnesiais

Paveikslėlis 3.5 iliustruoja, kad labiausiai sedimentų srautas į vandens telkinius sumažės kovo - balandžio mėnesiais, tačiau neapibrėžtumas dėl tokio sumažėjimo dydžio yra didžiausias. Pagal RCP4.5 scenarijų amžiaus gale šis sumažėjimas šiems mėnesiams siektų atitinkamai -45.4% ir -78.2%, tuo tarpu pagal RCP8.5 scenarijų šis sumažėjimas siektų atitinkamai -81.9% ir -81.8%. Tai susiję su sniego ir ledo tirpsmo vandens kiekio kritimu, dėl ko kris pavasario nuotėkis, kuris mažiau išplaus erozinės kilmės sedimentų ir su jais susijusių maistinių medžiagų.

Kovo - balandžio mėnesiais bus stebimas didžiausias sedimentų srauto sumažėjimas absoliučia išraiška, tačiau santykiniai pokyčiai, lyginant su istorinėmis reikšmėmis, atskleidžia kitus įdomius pokyčių ypatumus. Iš Paveikslėlio 3.5 matyti, kad likusiu vegetacijos periodu (birželio - spalio mėnesiais) galimas reikšmingas sedimentų krūvio į vandens telkinius augimas. Ekstremaliausio scenarijaus atveju toks augimas gali siekti iki daugiau nei 450 % amžiaus pabaigoje. Tokia situacija gali būti apspręsta didesnio kritulių kiekio šiais mėnesiais. Be to, šiuo periodu tikėtinos vis dažnesnės liūtys, suintensyvinančios dirvos erozijos procesus. Nors vasarinis sedimentų srauto išaugimas bus ženkliai mažesnis už srauto sumažėjimą šaltuojų metų laiku, jis gali būti svarbus veiksnys fosforo vasarinėms koncentracijoms ir eutrofikacijos procesams, kuomet maistmedžiagių poreikis augmenijai yra didžiausias. Auganti temperatūra bus papildomu eutrofikacijos katalizatoriumi.

Stipriai keisis nitratų srautai su drenažo vandeniu žiemą. Kadangi dėl klimato kaitos ženkliai mažės sniego ir ledo, skystieji krituliai, kurių dalis įprastai būtų imobilizuojama sniege ir lede, didesniais kiekiais filtruosis į dirvą ir iš ten papildomai plaus į vandens telkinius nitratus. Pagal vidutinio klimato kaitos intensyvumo scenarijų amžiaus gale nitratų išsiplovimas gruodžio, sausio ir vasario mėnesiais išaugtų atitinkamai 42.1%, 138.3% ir 93%. Blogiausiu scenarijumi nitratų išsiplovimai tais pačiais mėnesiais ir laiko horizontu augtų atitinkamai 163.5%, 240.6% ir 171%. Kaip ir sedimentų srauto atveju, didelis santykinis nitratų srauto padidėjimas su drenažiniu vandeniu tikėtinas liepos - spalio mėnesiais, kas susiję su vasariniu kritulių pagausėjimu ir temperatūros kilimu.

Labai panaši situacija kaip su drenažu yra ir su nitratų srautu su dirvožemio vandeniu, išskyrus tai, kad šiuo atveju ženklus augimas būtų fiksuojamas ir kovo mėnesį. Gruodžio - kovo mėnesio periodu vidutinio intensyvumo scenarijaus atveju amžiaus pabaigoje nitratų krūvis šiuo keliu augtų atitinkamai 40.5%, 80.7%, 95.9% ir 33.3%. RCP8.5 scenarijumi amžiaus pabaigoje išaugimas siektų atitinkamai 65.7%, 127.4%, 106.1% ir 48.8%. Santykinis nitratų srauto augimas liepos - spalio mėnesiais būtų panašus kaip ir drenažo atveju, tačiau šiuo atveju pokytis būtų mažesnis, bet jis būtų jaučiamas ir lapkritį.

Nitratų išsiplovimas su požeminiu vandeniu taip pat tikėtina augs keičiantis klimatui. Tačiau šis nitratų šaltinis yra mažiau reikšmingas, jeigu lygintume su dirvožemio ar drenažo vandeniu. Didžiausias nitratų patekimo augimas būtų fiksuojamas pirmaisiais metų mėnesiais. RCP4.5 scenarijaus atveju krūvių augimas sausio - kovo mėnesiais amžiaus pabaigoje sudarytų atitinkamai 73%, 103.8% ir 52.1%. Ekstremaliausio scenarijaus atveju nitratų krūviai tais pačiais mėnesiais išaugtų atitinkamai 152%, 142.7% ir 107.1%. Pažymėtina, kad pastarasis scenarijus produkuoja pakankamai nemažus neapibrėžtumus rezultatuose. Svarbu paminėti ir tai, kad žvelgiant į santykinius pokyčius bus pastebimas nitratų krūvių su požeminio vandens iškrovomis augimas visais mėnesiais (įskaitant pavasario periodą), ir jis bus panašaus lygio.

Iš šių rezultatų galima daryti išvadą, kad vegetacios periodu gali šiek tiek padidėti ne tik fosforo, bet ir azoto patekimas į vandns telkinius, kas gali daryti tam tikrą įtaką eutrofikacijos procesams.

Paveikslėlis 3.5: Mėnesinių vandens kokybės parametrų modeliavimo rezultatai, išreikšti tonomis per mėnesį

Iš Paveikslėlio 3.6 galima pastebėti, kad nitratų ir organinio azoto krūviai į vandens telkinius su paviršiniu nuotėkiu mažės kovo - birželio periodu. Tą apspręs fiziškai sumažėjęs paviršinio vandens nuotėkis. Likusiais metų mėnesiais abiejų parametrų krūvių vertės didės, tačiau labiausiai augimas bus pastebimas amžiaus pabaigoje pagal RCP8.5 scenarijų.

Panašūs trendai matomi ir organinio, mineralinio ir tirpaus fosforo krūviuose. Pavasaris ir ankstyva vasara tai tas laikotarpis, kuomet tikėtinas krūvių sumažėjimas, tuo tarpu kai likęs metų laikas bus pažymėtas krūvių augimu, kuris labai priklausys nuo klimato kaitos intensyvumo. Pastebėtina, kad nuo paviršinio nuotėkio priklausantys parametrai žiemą kis mažiau prie RCP8.5, nei prie RCP4.5 scenarijaus. To priežastis - mažesnis paviršinio nuotėkio padidėjimas RCP8.5 scenarijaus atveju, lyginant su RCP4.5 scenarijumi.

Paveikslėlis 3.6: Santykiniai skirtumai (procentais) mėnesinių medianinių vandens kokybės parametrų modeliavimo rezultatuose, lyginant Amžiaus vidurio ir Amžiaus pabaigos scenarijus su Istoriniu periodu

 

3.2.3 Metinių vandens nuotėkio ir maistmedžiagių krūvių rezultatų apibendrinimas

Paveikslėlis 3.7 apibendrina kaip vandens balanso dedamosios ir vandens nuotėkis bei į vandens telkinius skirtingais keliais patenkantis vanduo pasiskirstys lyginant istorinį ir amžiaus pabaigos periodus pagal du RCP scenarijus. Paveikslėlyje naudojamų trumpinių reikšmės: PREC - krituliai, SNOW - sniego ir ledo tirpsmo vanduo, RAIN = PREC - SNOW - lietaus krituliai, EVAP - evapotranspiracija, SURF/PLANT/SOIL - sąveika paviršiuje, SURQ - paviršinis nuotėkis, LATQ - dirvožeminis nuotėkis, GRWF - požeminio vandens nuotėkis, TILEQ - drenažo nuotėkis, WATY - vandens nuotėkis.

Iš pateiktos schemos galima matyti, kad skirtumai tarp scenarijų prasideda ties padidėjusiu kritulių kiekiu - didesnis klimati kaitos intensyvumas atneš daugiau ir kritulių. Tačiau ekstremaliausio scenarijaus atveju labiausiai sumažės sniego ir ledo tirpsmo vandens, nes aukštesnės temperatūros nulems, kad tiesiog susidarys mažesnė sniego ir ledo danga. Augantis klimato kaitos intensyvumas atitinkamai didins ir evapotranspiraciją. Nepaisant to, auganti evapotranspiracija pilnai nekompensuos pagausėjusių kritulių efekto. Kadangi mažiau vandens į vandens telkinius pateks su paviršiniu nuotėkiu, padidėjęs kritulių kiekis labiau skverbsis į dirvožemį, didindamas dirvožeminio, drenažinio ir požeminio vandens nuotėkį. Pastarųjų dedamųjų augimo mastas tiesiogiai priklausys nuo klimato kaitos intensyvumo. Tai savo ruoštu reiškia, kad daugiau dirvos maistinių medžiagų (ypač nitratų) bus išplaunama. Galiausiai, bendras vandens nuotėkis augs. Ryškiausiai šis augimas bus stebimas amžiaus pabaigoje intensyviausio klimato kaitos scenarijaus (RCP8.5) atveju.

Paveikslėlis 3.7: Vandens balanso pokyčiai (mm/metus): A - pagal RCP4.5 scenarijų tarp Istorinio ir Amžiaus pabaigos periodų, B - pagal RCP8.5 scenarijų tarp Istorinio ir Amžiaus pabaigos periodų

Paveikslėlis 3.8 pateikia apibendrintą informaciją apie tai kaip pasikeis vandens nuotėkio ir maistinių medžiagų krūviai ir jų dedamosios skirtingais periodais ir prie skirtingų klimato kaitos scenarijų. Rezultatai rodo, kad vandens nuotėkis augs, ypač ilgesniuoju laikotarpiu ir prie intensyvesnio klimato kaitos scenarijaus. Kaip anksčiau minėta, didžiausias augimas bus dirvožeminio ir drenažinio vandens nuotėkyje, kas didins azoto išplovimą iš dirvos, o tuo pačiu ir azoto krūvį į vandens telkinius. Taigi, didžioji azoto srauto augimo dalis teks dirvožeminiam ir drenažo nuotėkiui, kurie ir taip jau yra dominuojantys azoto patekimo į vandens telkinius šaltiniai. Amžiaus viduryje tikėtinas tam tikras organinio azoto (susijusio su sedimentų srautu) krūvio mažėjimas. Iš pasklidosios taršos patenkančio fosforo kiekiai turėtų šiek tiek sumažėti ne vegetacijos sezono metu, nes mažės paviršinis nuotėkis (ir sedimentų srautas). Šis sumažėjimas tampa ryškesnis intensyvesnio klimato kaitos scenarijaus atveju.

Paveikslėlis 3.8: Visai Lietuvai susumuoti medianiniai modeliavimo rezultatai visiems scenarijams ir periodams

 

3.3 Pokyčiai erdvėje ir laike

Apibendrinant, vandens nuotėkis kintant klimatui augs visuose upių baseinuose, didžiausių pokyčių tikintis amžiaus pabaigoje pagal RCP8.5 scenarijų. Vis dėlto, šių pokyčių erdvinis pasiskirstymas atskleidžia tam tikrus regioninius skirtumus. Paveikslėlis 3.9 parodo kaip Lietuvos teritorija skiriasi pagal vandens nuotėkio pokyčių absoliučias vertes lyginant klimato kaitos scenarijų skirtingais periodais rezultatus su istoriniais. Tuos pačius pokyčius, tik išreikštus santykine išraiška (procentais), atvaizduoja Paveikslėlis 3.10.

Santykinių pokyčių žemėlapis atskleidžia, kad santykinai labiausiai vandens nuotėkis augs Lietuvos žemės ūkio produkcijos širdyje (šiaurinės, centrinės ir pietvakarinės Lietuvos lygumose) ir pietryčių Lietuvoje. Kita vertus, absoliučių pokyčių žemėlapis rodo, kad labiausiai nuotėkis augs pietryčių ir šiaurės vakarų Lietuvoje. Taigi, atrodo, kad absoliučiais kiekiais vandens nuotėkis labiausiai augs teritorijose, kurios ir taip pasižymi didžiausiai nuotėkiais. Nepaisant to, didžiausias santykinis nuotėkio augimas Lietuvos lygumose gali būti reikšmingas veiksnys, kadangi šis regionas yra sąlyginai sausesnis ir dažniau patiriantis sausrų poveikį, kuris šio regiono upėms dažnai būna ryškesnis nei kitur.

Paveikslėlis 3.9: Erdviniai medianiniai metinio vandens nuotėkio pokyčiai, lyginant su Istoriniu periodu, išreikšti mm/metus

Paveikslėlis 3.10: Erdviniai medianiniai metinio vandens nuotėkio pokyčiai, lyginant su Istoriniu periodu, išreikšti procentais

Analogiška erdvinė analizė buvo atlikta ir azoto apkrovoms. Kaip ir vandens nuotėkio atveju, azoto krūviai kintant klimatui augs visuose upių baseinuose, didžiausių pokyčių tikintis amžiaus pabaigoje pagal RCP8.5 scenarijų. Tačiau ir šiuo atveju nustatyta regioninių skirtumų, kuriuos galima pamatyti Paveikslėliuose 3.11 ir 3.12, kurie reprezentuoja tikėtinus absoliučius (kg/ha) ir santykinius (procentais) azoto krūvių pokyčius, lyginant su istoriniu periodu.

Didžiausias absoliutaus azoto krūvio augimas tikėtinas Lietuvos intensyvios žemdirbystės teritorijoje (centrinė, šiaurinė ir pietvakarinė šalies dalis). Tokia pati situacija yra ir su santykiniais pokyčiais, tačiau šiuo atveju į didžiausių santykinių pokyčių teritorijų tarpą patenka ir pietrytinė šalies dalis. Tai leidžia daryti išvadą, kad gausesnių skystojo pavidalo kritulių apspręstas didėjantis azoto išplovimas, augančių temperatūrų salygota spartėjanti azoto nitrifikacija, intensyvios žemdirbystės regionų derlingos humuso turtingos dirvos ir joje vykdoma intensyvi žemdirbystė lems reikšmingą azoto krūvių iš šių teritorijų augimą. Rezultatai rodo, kad šios intensyvios žemdirbystės teritorijos bus atsakingos už didžiausią azoto krūvio augimo dalį. Turint omenyje tai, kad jau dabar šios teritorijos pasižymi didžiausiais azoto krūviais, aukščiau paminėtos tendencijos kelia didelį susirūpinimą.

Paveikslėlis 3.11: Erdviniai medianiniai metinio azoto krūvių pokyčiai, lyginant su Istoriniu periodu, išreikšti kg/ha per metus

Paveikslėlis 3.12: Erdviniai medianiniai metinio azoto krūvių pokyčiai, lyginant su Istoriniu periodu, išreikšti procentais

 

3.4 Azoto koncentracijų upėse pokyčiai

Besikeičiantis vandens nuotėkis bei maistinių medžiagų krūviai paveiks ir azoto koncentracijas upėse. Paveikslėlis 3.13 apibendrina galimus vandens kokybės pagal bendro azoto koncentracijas pokyčius skirtingais laiko horizontais prie skirtingų klimato kaitos scenarijų. Pagal Lietuvos teisės aktus (AM, 2007) išskiriamos 5 oficialios vandens kokybės klasės pagal bendrojo azoto koncentracijas:

• Labai gera - < 2 mgN/l
• Gera - \(\geqslant\) 2 - 3 \(\leqslant\) mgN/l
• Vidutinė - > 3 - 6 \(\leqslant\) mgN/l
• Bloga - > 6 - 12 \(\leqslant\) mgN/l
• Labai bloga - > 12 mgN/l

Paprastumo dėlei, vandens telkiniai buvo sugrupuoti į 2 grupes - rizikos nepasiekti geros būklės iki 2027 m. (vidutinė, bloga ir labai bloga būklė) ir ne rizikos (gera ir labai gera būklė) grupes.

Iš Paveikslėlio galima pastebėti, kad abiejų klimato kaitos scenarijų atvejais vandens telkinių būklė laikui bėgant prastės (daugiau vandens telkinių pateks į rizikos grupę). Labiausiai bus paveiktos žemės ūkio veiklos dominuojamos teritorijos. Neigiamas poveikis bus ryškiausias RCP8.5 scenarijaus atveju.

Paveikslėlis 3.13: Erdviniai medianiniai nitratinio azoto koncentracijų Lietuvos upėse pokyčiai, išreikšti per vandens telkinių atitikimą arba neatitikimą gerai būklei

 

4 Rezultatų aptarimas

4.1 Klimato kaita ir vandens nuotėkis

Modeliavimo rezultatai rodo, kad kintant klimatui Lietuvoje turėtume sulaukti gausesnio metinio kritulių kiekio, kuris bus tuo didesnis, kuo labiau keisis klimatas t.y. kuo ekstremalesnis bus klimato kaitos scenarijus. Tokia pokyčių tendencija įsivyraus nepaisant to, kad kylanti temperatūra didins vandens išgaravimą per evapotranspiracijos procesą. Intensyvesnis išgaravimas nebus pakankamas, kad panaikintų išaugusio kritulių kiekio poveikį bendram metiniam vandens balansui. Taigi, visoje šalyje laukiama išaugsiančio vandens nuotėkio, kuris ypač ryškus bus žiemą (gruodį ir vasarį).

Tokios išvados gerai susišaukia su daugelyje kitų informacijos šaltinių pateikiamais rezultatais. Pavyzdžiui, GPF (2015) studija, kuri analizavo 24 GCM modelius ir pateikė kritulių pokyčių modeliavimo rezultatus Lietuvos teritorijoje skirtingais laiko horizontais ir klimato kaitos scenarijais, prognozuoja ryškų kritulių kiekio augimą, kuris tuo didesnis, kuo intensyvesnis klimato pokytis. Labiausiai krituliai gausėti turėtų ne vegetecijos periodu (spalio - gegužės laikotarpiu). Tokios pačios išvados atsispindi Øygarden et al. (2014) darbe, kuris apžvelgė galimus klimato kaitos poveikius Šiaurės-Baltijos regione. Šiame darbe konstatuojama, kad krituliai ir upių vandens nuotėkis augs ne vegetacijos metų periodu. Daugelis Europinio lygmens studijų (Lobanova et al., 2018; Marx et al., 2017; Schneider et al., 2013) patvirtina, kad Šiaurės regionas susidurs su padidėjusiu upių nuotėkiu, kuris vėlgi priklausys nuo klimato kaitos intensyvumo. Panašios išvados padarytos ir Skandinavijos šalims (Baltijos jūros baseinui) skirtoje studijoje (Molina-Navarro et al., 2018; The BACC II Author Team, 2015). Estijos upėms skirta Tamm et al. (2018) studija, kuri apjungė aukštos rezoliucijos EURO-CORDEX projekto RCM duomenis su SWAT modeliavimo rezultatais, taip pat prognozuoja metinio nuotėkio augimą. Vyslos ir Odros upėms (jų baseinai dengia 88% Lenkijos) skirti tyrimai, naudojant 9 RCM simuliacijas, rodo erdviškai apskaičiuoto vidutinio Lenkijos upių nuotėkio augimą, kuris teigiamai koreliuoja su klimato kaitos intensyvumu ir laiko horizonto dydžiu (kuo arčiau prognostinis periodas yra amžiaus pabaigos, tuo didesnis nuotėkio augimas prognozuojamas).

Panašios išvados apie prognozuojamą nuotėkio augimą atsispindi ir specialioje Lietuvoje atliktoje studijoje, skirtoje prognozuoti pokyčius hidro energijos gamyboje (Peter, 2019). Valiukas (2015) savo disertacijoje analizuodamas 1961–2010 periodą padarė išvadą, kad istoriniai duomenys jau rodo reikšmingus kritulių ir nuotėkio didėjimo trendus Lietuvoje. Klimato modeliavimo domenys iš esmės pratęsia šiuos trendus į ateitį. Yra Lietuvoje ir eilė darbų, kurie analizuoja galimus su klimato kaita susijusius pokyčius atskiruose vandens telkiniuose ar jų baseinuose. Pavyzdžiui, augantį Neries aukštupio nuotėkį savo darbe prognozuoja (Čerkasova et al., 2018). Rėkyvos ežerui skirtoje ataskaitoje LHMT (2021) prognozuojama, kad dėl klimato kaitos ežeras susidurs su didėjančia vandens prietaka.

Ir visos kitos mums žinomos skelbtos nacionalinės klimato kaitos poveikį Lietuvos upių nuotėkiui nagrinėjančios studijos prieina prie tos pačios išvados, kad vandens nuotėkis augs žiemos mėnesiais (Akstinas et al., 2019; Čerkasova, 2019; Jakimavičius et al., 2018; Kriauciuniene et al., 2009; Kriaučiūnienė et al., 2008; Povilaitis et al., 2018; Šarauskienė et al., 2018). Tačiau reikia pažymėti, kad pastarųjų studijų rezultatai ženkliai skiriasi nuo šiame darbe pateiktų, kai paliečiamas metinio nuotėkio pokyčių klausimas. Rezultatų prieštaringumas susijęs su pastaruosiuose darbuose prognozuojamu metinio nuotėkio sumažėjimu, kurio dydis priklauso nuo klimato kaitos intensyvumo. Šių darbų skaičiavimuose nuotėkio sumažėjimą lemia dėl temperatūros augimo padidėjęs garavimas, kuris tuo bus didesnis, kuo sparčau kils temperatūra. Kitas įdomus momentas - Čerkasova et al. (2019) savo darbe nustatė, kad ekstremalesni vandens nuotėkio pokyčiai tikėtini prie RCP4.5 nei RCP8.5 scenarijaus.

Nėra iki galo aišku, kodėl pastarieji rezultatai skiriasi nuo šiame darbe gautų išvadų. Vienas galimų paaiškinimų galėtų būti susiję su įvairių konkrečių GCM/RCM scenarijų pasirinkimu, statistinio meteorologinių duomenų ir hidrologinių modelių privedimo prie reikiamo mastelio metodo parinkimu ir kitais pasirinkimais. Tokių pasirinkimų sąlygoti dideli rezultatų neapibrėžtumai pademonstruoti eilėje studijų (Akstinas et al., 2019; Huttunen et al., 2021). Pavyzdžiui, Tamm et al. (2018) darbe 2 RCM modeliai iš EURO-CORDEX projekto pateikė visiškai skirtingas nuotėkio prognozes. Panašiai atsitiko Martínková et al. (2011) darbe, kuriame skirtingi pasirinkimai/metodai lėmė priešingas nuotėkio ir maistinių medžiagų krūvių rezultatus. Olsson et al. (2016) pademonstravo, kad skirtingų hidrologinių modelių taikymas lėmė ženkliai skirtingus nuotėkio rezultatus tai pačiai teritorijai ir su tais pačiais klimato kaitos duomenimis. Galiausiai, skirtumai tarp pasirinktų bazinio ir prognostinio periodo gali taip pat įnešti skirtumų į rezultatus.

Kai kurios studijos nurodo, kad Lietuvos teritorija gali būti išsidėsčiusi ties tam tikra riba tarp šiaurės ir pietų, kai keičiasi nuotėkio trendų kryptys, todėl ir prognozės šiam regionui gali pateikti rezultatus su dideliais neapibrėžtumais. Tai gali būti dar viena prieštaringų rezultatų priežastis. Pavyzdžiui, Schneider et al. (2013) darbe pateikti rezultatai rodo, kad piečiau Lietuvos esančiuose Europos upių baseinuose klimato kaita upių nuotėkį mažins, tuo tarpu šiauriau Lietuvos esančiose upėse metinis nuotėkis augs (Schneider et al., 2013). Savo Baltijos jūros baseino studijoje Arheimer et al. (2012) iš esmės pademonstruoja analogiškus rezultatus. Skirtumai tuo didesni, kuo labiau judama į šiaurę ir į pietus. Taigi, Lietuvoje kaip tarpinėje teritorijoje klimato kaitos poveikio signalas galimai nėra toks ryškus ir aiškus, todėl neapibrėžtumai vaidina svarbų vaidmenį visose klimato kaitos poveikio Lietuvos teritorijai studijose.

Evapotranspiracijos koeficiento (PET) skaičiavimo metodo pasirinkimas hidrologiniuose modeliuose paprastai taip pat yra svarbus galutinius rezultatus įtakojantis veiksnys. Hosseinzadehtalaei et al. (2017) studija parodė, kad su PET metodu susiję neapibrėžtumai yra panašaus masto į GCM generuojamus neapibrėžtumus, kai vertinamas klimato kaitos poveikis hidrologijai. Studijos rezultatai rodo, kad šiame darbe pasirinktas Hargreaves PET apskaičiavimo metodas yra mažiausiai jautrus klimato kaitai, lyginant su kitais metodais. Taigi, ateityje būtų svarbu atlikti daugiau studijų, vertinančių šį neapibrėžtumų šaltinį.

Jeigu šieame darbe pateikti rezultatai pasitvirtins, ateityje galimai nebus rimtesnių ilgalaikių vandens kiekybės (trūkumo) problemų požeminiuose vandenyse, ežeruose ir upėse. Požeminio vandens rezervai gali netgi augti ar bent išlikti stabilūs, o ežerų vandens lygis ilgalaikėje perspektyvoje neturėtų kristi. Tačiau tai nereiškia, kad nebus trumpalaikių vandens kiekybinių svyravimų į perviršiaus ar trūkumo pusę. Tiesą sakant, Valiukas (2015) savo darbe demonstruoja, kad kai kurie sausrų rodikliai, tokie kaip SPI ir HTC, rodo trumpalaikių meteorologinių sausrų gausėjimą vasaromis, ir jos užima vis didesnes teritorijas. Tai galimai suponuoja apie didesnį vasarinių orų nestabilumą/kintamumą, kai vienais metais dažniau pasitaiko sausrų, tuo tarpu kai kitais metais vasaros gali būti neįprastai, netgi ekstremaliai drėgnos. Nepaisant to, iš rezultatų atrodo, kad iš principo antroje vasaros dalyje vandens nuotėkis gali nežymiai padidėti, taip sumažėjant dabar gana dažnai pasitaikančių hidrologinių sausrų epizodų tikimybei. Kita vertus, pavasario - ankstyvos vasaros periodai gali pasižymėti šiek tiek sumažėjusiais vandens nuotėkiais, kas gali kai kuriais metais pasitaikančius sausringus periodus paaštrinti.

Tikėtini erdviniai skirtumai vandens nuotėkio pokyčiuose. Dėl kritulių gausėjimo didžiausias absoliutus nuotėkio augimas tikėtinas vakarų ir pietryčių Lietuvoje, kur ir taip nuotėkis yra didžiausias. Tai svarbu ežerams, kurie minėtuose arealuose dažniausiai ir telkšo, bei pietryčių Lietuvos gruntiniu vandeniu daugiausiai maitinamoms upėms. Santykinai didžiausias nuotėkio augimas tikėtinas agrariniuose lyguminiuose centrinės, šiaurės ir pietvakarių Lietuvos regionuose. Turint omenyje dažnas vandens trūkumo mažose šio regiono upėse problemas vasarą, šie pokyčiai gali būti naudingi šių upių ekosistemoms bent jau vasaros sezono antroje pusėje.

 

4.2 Klimato kaita ir maistinių medžiagų apkrovos

Klimato kaita neturėtų būti pagrindinis besikeičiančius azoto srautus į vandens telkinius apsprendžiantis veiksnys. Žemėnauda ir tręšimo lygis yra svarbesnis faktorius (Molina-Navarro et al., 2018). Andersen et al. (2014) savo studijoje nustatė reikšmingus tręšimo lygio pokyčius Baltijos jūros baseino šalyse. Plungė and Gudas (2018) ataskaitoje analizuotas Lietuvos kontekstas. Joje nustatytas ženklus mineralinių trašų naudojimo augimas ir jo sąsaja su prastėjančia šalies vandens telkinių būkle. Nepaisant to, klimato kaita tikėtina taip pat bus svarbus katalizuojantis veiksnys, kuris tik paaštrins esamus trendus ir galimai mažins suplanuotų veiksmų situacijai keisti efektyvumą. Todėl yra didelis poreikis suprasti, ko galima tikėtis klimato kaitos kontekste.

Šiame darbe pateikti rezultatai rodo, kad azoto krūviai į vandens telkinius augs, augimo lygiui priklausant nuo klimato kaitos intensyvumo. Klimato kaita atneš daugiau kritulių, tačiau mažiau sniego, todėl daugiau vandens gersis į dirvą ir bus daugiau į vandens telkinius išplaunama azoto. Be to, kintantis klimatas atneš aukštesnes temperatūras, kurios savo ruožtu paspartins azoto junginių mineralizaciją, taigi ir didesnį azoto išsiplovimą iš dirvų (Barclay and Walter, 2015). Azoto išsiplovimas ypač paspartės ne vegetacijos sezono metu. Tokios pačios išvados padarytos Øygarden et al. (2014) ir Čerkasova et al. (2018) darbuose. Arheimer et al. (2005) atliko klimato kaitos poveikio pietų Švedijos vienam iš baseinų vertinimą panaudojant SOILNDB ir HBV modelius. Šios studijos rezultatai parodė, kad kintantis klimatas padidins azoto išsiplovimą iš ariamos žemės, lems didesnes jo koncentracijas vandens telkiniuose, ryškesnę azoto srautų sezoninę dinamiką, suprastėjusią ežerų būklę ir didesnius cianobakterijų kiekius. Kita Lenkijos upių baseinus nagrinėjanti studija (Marcinkowski et al., 2017) nustatė, kad klimato kaita tikrai nulems didesnį metinį ir sezoninį azoto krūvį į vandens telkinius. Sedimentų ir su jais susijusio fosforo krūvių pokyčiai aiškaus trendo nerodo.

Pažymėtina, kad priešingos išvados gautos darbuose, kuriuose prognozuojamas bendro nuotėkio mažėjimas (Arheimer et al., 2012; Čerkasova et al., 2019; LMT, 2017; Povilaitis et al., 2018). Šiuose darbuose konstatuojamas tikėtinas azoto išplovimų mažėjimas, kuris bus tuo didesnis, kuo labiau keisis klimatas. Be abejo, vandens balanso prognozė galimai yra svarbiausias veiksnys, apspręsiantis azoto praradimų iš dirvų trendo kryptį. Vis dėlto, Plungė and Gudas (2018) ištyrė dabartines kitimo tendencijas, įvertinus dabartinio ir istorinį laikotarpio Lietuvos vandens kokybės, žemėnaudos ir tręšimo duomenis, ir nustatė, kad 1996-2017 periodu klimato kaita turėjo stiprinantį poveikį azoto išsiplovimams iš dirvožemių. Šis efektas ypač ryškiai pasireiškė agrariniuose regionuose ne vegetacijos laikotarpiu.

Šio darbo rezultatai leidžia teigti, kad mažėjantis paviršinis nuotėkis pavasarį turėtų sumažinti metinį sedimentų ir bendro fosforo srautą į vandens telkinius ateityje. Šios išvados patvirtinamos ir Čerkasova et al. (2018) studijos. Sedimentų srauto mažėjimas labiausiai paveiks fosforo krūvį, nes fosforas yra labiausiai susijęs su sedimentų judėjimu, ypač pavasarį. Tą patvirtina ir Marcinkowski et al. (2017) studija, kur nagrinėjamas poveikis Lenkijos upėms.

Šiek tiek diskusijų kelia kaip iš tikrųjų teršalų metinių krūvių pokyčiai paveiks vandens ekosistemas. Kadangi azoto krūviai iš esmės augs šaltuoju (ne vegetacijos) metų periodu, neigiamas to poveikis upių ekosistemoms tikėtina bus sąlyginai daug mažesnis negu “stovinčio vandens” (ežerų, Kuršių marių, Baltijos jūros) ekosistemoms. To priežastis - šaltuojų sezonu papildomas azotas nebus susiurbtas augmenijos, todėl didžioji jo dalis tiesiog bus nuplukdyta į stovinčio vandens ekosistemas, kur ji dalinai akumuliuosis. Dėl pastarojo proceso, būtent stovinčio vandens ekosistemos turėtų patirti spartesnį augmenijos vystymąsį pavasarį. Iš kitos pusės, metinių sedimentų ir fosforo krūvių sumažėjimas galėtų potencialiai sumažinti ar netgi neutralizuoti azoto sąlygotą produktyvumo bumą dėl limituojančio fosforo efekto (Jeppesen, 2005; Schindler et al., 2008). Tačiau šis darbas taip pat atskleidžia nedidelio sedimentų/fosforo ir azoto srauto padidėjimo vasaros antroje pusėje galimybę. Jeigu taip atsitiks, papildomos maistinės medžiagos greitai būtų inkorporuotos į augmeniją, tuo duodant papildomą impulsą eutrofikacijai visuose vandens telkiniuose - upėse, ežeruose, tvenkiniuose, Kuršių mariose ir Baltijos jūroje. Kas tikrai aišku, tai kad už didžiąją išaugusio azoto srauto dalį bus atsakingos intesyvaus žemės ūkio teritorijos.

 

4.3 Neapibrėžtumai

Kaip jau buvo užsiminta, gali būti dar nemažai neapibrėžtumų šiuose rezultatuose, kuriuos gali lemti eilė veiksnių/pasirinkimų: pasrinktų GCM/RCM scenarijų; pasirinktų hidrologinių modelių; duomenų įvesties; modelių parametrizavimo ir kalibravimo/validavimo; PET metodų pasirinkimo; ateities socialinių, ekonominių ir technologinių procesų vystymosi ir kt. Šiame darbe atsižvelgta į GCM/RCM scenarijų keliamus neapibrėžtumus įtraukiant komplektą RCM, rekomenduojamą Singh (2016). Tai leido įvertinti modelio rezultatų išsibarstymą dėl šio neapibrėžtumo veiksnio. Tačiau ateityje būtų svarbu vykdyti tyrimus ir darbus, kuriais būtų mažinami neapibrėžtumai dėl kitų veiksnių, kad prognozės rezultatai būtų kuo tikslesni.

 

5 Išvados

• Klimato kaitos poveikis vandens telkinių hidrologiniam režimui ir vandens kokybei labiausiai turėtų pasireikšti amžiaus pabaigoje ęsant RCP8.5 klimato kaitos scenarijui. Ypač ryškūs pokyčiai tikėtini šaltuoju metų periodu (lapkričio - balandžio mėnesiais)

• Augs metinis kritulių kiekis, todėl upių suminis vandens nuotėkis turėtų išaugti iki 35.4%. Taip atsitiks nepaisant dėl aukštesnės temperatūros išaugusio garavimo (evapotranspiracijos). Mažesnė sniego ir ledo danga lems vandens nuotėkio kelių svarbos persiskirstymą - bus daug mažiau paviršinio nuotėkio, ypač pavasarį, tačiau prarastoji nuotėkio dalis bus daugiau nei kompensuota vandens srautu, patenkančiu į paviršinius vandens telkinius su dirvožeminiu ir požeminiu vandeniu

• Esminis vandens nuotėkio augimas numatomas žiemos mėnesiams (ypač sausį ir vasarį). Šiek tiek nuotėkis turėtų augti ir liepos - spalio periodu, kas turėtų teigiamą poveikį mažų upių ekosistemoms. Tačiau kovo - gegužės mėnesiais tikėtinas ryškus nuotėkio kritimas dėl susidarysiančio ateityje mažesnio sniego ir ledo tirpsmo vandens kiekio

• Metinis nuotėkis absoliučia išraiška turėtų augti visuose šalies upių baseinuose, tačiau ryškiausiai vakarų ir pietryčių Lietuvoje, kur ir taip nuotėkiai yra didžiausi. Tačiau santykinai labiausiai nuotėkis turėtų išaugti intensyvaus žemės ūkio regionuose (šiaurinėje, centrinėje ir pietvakarinėje Lietuvos dalyje, kur vyrauja lygumos)

• Vandens kokybė didžia dalimi bus nulemta hidrologinių pokyčių. Su mažėjančiu paviršiniu nuotėkiu drastiškai mažės ir metinis bei pavasarinis eroduotų sedimentų bei su jais susijusių organinio ir mineralio fosforo srautas į vandens telkinius. Tačiau likusiu metų laiku (birželį - spalį) bus stebimas reikšmingas, nors ne toks stiprus, šių elementų srauto padidėjimas. Azoto, skirtingai nei fosforo, metinis krūvis turėtų augti atitinkamai iki 24.4 % ir iki 64.4 % amžiaus viduryje ir pabaigoje. Tą lems su didesniu metiniu nuotėkiu išplaunamas didesnis azoto kiekis bei aukštesnės tenperatūros sąlygota spartesnė dirvų mineralizacija. Pagrindinis azoto krūvio augimas bus fiksuojamas žiemą, kur jis gali išaugti net iki 142.7%. Kaip ir fosforo atveju, gana reikšmingai azoto krūvis gali augti dalį vegetacijos periodo (liepą - spalį)

• Azoto ir fosforo krūvių vasarinis augimas gali potencialiai suintensyvinti vandens telkiniuose vykstančius eutrofikacijos procesus. Vis dėlto, azoto pagausėjimas žiemą didžiausią poveikį turės “stovinčio vandens” ekosistemoms (ežerams, tvenkiniams, Kuršių marioms, Baltijos jūrai), kadangi didžioji dalis šio kiekio susikaups būtent šiuose vandens telkiniuose, jų beveik neliks upėse. Čia susikaupęs maistmedžiagių kiekis savo eutrofikaciją spartinantį/skatinantį poveikį ims daryti iškart prasidėjus vegetacijos periodui, kuomet besivystančiams augalams atsiranda didelis šių medžiagų poreikis. Tačiau ir upėms bus tam tikras poveikis - šiek tiek pagausės upių atkarpų, kuriose nitratų koncentracijos viršys nustatytas normas

• Kaip ir metinio vandens nuotėkio atveju, azoto metiniai krūviai absoliučia išraiška išaugs visuose šalies upių baseinuose. Tačiau skirtingai nei vandens nuotėkio atveju, didžiausias absoliutus ir santykinis azoto krūvio augimas numatomas intensyvaus žemės ūkio regionuose (šiaurinėje, centrinėje ir pietvakarinėje Lietuvos dalyje). Tai reiškia, kad šis jau dabar probleminis regionas pareikalaus dar papildomų taršos mažinimo priemonių, kurios kompensuotų dėl klimato kaitos padidėsiančius azoto srautus. Tačiau pažymėtina, kad klimato kaita tik paaštrins dabar egzistuojančias problemas, kurios didžiąja dalimi yra apspręstos intensyvaus žemės ūkio

Šaltiniai

Akstinas, V., Jakimavičius, D., Meilutytė-Lukauskienė, D., Kriaučiūnienė, J., Šarauskienė, D., 2019. Uncertainty of annual runoff projections in Lithuanian rivers under a future climate. Hydrology Research 51, 257–271.

AM, 2007. Lietuvos Respublikos aplinkos ministro įsakymas "dėl paviršinių vandens telkinių būklės nustatymo metodikos patvirtinimo" 2007 m. balandžio 12 d. Nr. D1-210.

Andersen, H.E., Blicher-Mathiesen, G., Bechmann, M., Povilaitis, A., Iital, A., Lagzdins, A., Kyllmar, K., 2014. Mitigating diffuse nitrogen losses in the Nordic-Baltic countries. Agriculture, Ecosystems & Environment 195, 53–60.

Arheimer, B., Andréasson, J., Fogelberg, S., Johnsson, H., Pers, C.B., Persson, K., 2005. Climate change impact on water quality: model results from southern Sweden. Ambio 34, 559–566.

Arheimer, B., Dahné, J., Donnelly, C., 2012. Climate Change Impact on Riverine Nutrient Load and Land-Based Remedial Measures of the Baltic Sea Action Plan. AMBIO 41, 600–612.

Barclay, J.R., Walter, M.T., 2015. Modeling denitrification in a changing climate. Sustainability of Water Quality and Ecology 5, 64–76.

Čerkasova, N., 2019. Nemunas River watershed input to the Curonian Lagoon: discharge, microbiological pollution, nutrient and sediment loads under changing climate. Doctoral Dissertation. (PhD thesis).

Čerkasova, N., Umgiesser, G., Ertürk, A., 2018. Development of a hydrology and water quality model for a large transboundary river watershed to investigate the impacts of climate change – A SWAT application. Ecological Engineering 124, 99–115.

Čerkasova, N., Umgiesser, G., Ertürk, A., 2019. Assessing Climate Change Impacts on Streamflow, Sediment and Nutrient Loadings of the Minija River (Lithuania): A Hillslope Watershed Discretization Application with High-Resolution Spatial Inputs. Water 11, 676.

GPF, 2015. Studijos, nustatančios atskirų sektorių jautrumą klimato kaitos poveikiui, rizikos vertinimą ir galimybes prisitaikyti prie klimato kaitos, veiksmingiausias prisitaikymo prie klimato kaitos priemones ir vertinimo kriterijus, parengimas. VšĮ Gamtos paveldo fondas, Vilnius.

Hosseinzadehtalaei, P., Tabari, H., Willems, P., 2017. Quantification of uncertainty in reference evapotranspiration climate change signals in Belgium. Hydrology Research 48, 1391–1401.

Huttunen, I., Hyytiäinen, K., Huttunen, M., Sihvonen, M., Veijalainen, N., Korppoo, M., Heiskanen, A.-S., 2021. Agricultural nutrient loading under alternative climate, societal and manure recycling scenarios. Science of The Total Environment 783, 146871.

Jakimavičius, D., Kriaučiūnienė, J., Šarauskienė, D., 2018. Impact of climate change on the Curonian Lagoon water balance components, salinity and water temperature in the 21st century. Oceanologia 60, 378–389.

Jeppesen, M.A.J., Erik And Søndergaard, 2005. Lake responses to reduced nutrient loading – an analysis of contemporary long‐term data from 35 case studies. Freshwater Biology 50, 1747–1771.

Kriauciuniene, J., Sarauskiene, D., Gailiusis, B., 2009. Estimation of Uncertainty in Catchment-Scale Modeling of Climate Change Impact (Case of the Merkys River, Lithuania. Environmental Research, Engineering and Management 1, 30–39.

Kriaučiūnienė, J., Meilutyte-Barauskiene, D., Rimkus, E., Kazys, J., Vincevicius, A., 2008. Climate change impact on hydrological processes in Lithuanian Nemunas river basin. BALTICA 21, 51–61.

LHMT, 2021. Rėkyvos ežero vandens balanso dedamųjų pokyčių XXI a. viduryje vertinimas. Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos prie AM Tyrimų ir plėtros skyrius.

LMT, 2017. Nacionalinė mokslo programa „Agro - miško ir vandens ekosistemų tvarumas“. Lietuvos mokslo taryba.

Lobanova, A., Liersch, S., Nunes, J.P., Didovets, I., Stagl, J., Huang, S., Koch, H., López, M. del R.R., Maule, C.F., Hattermann, F., Krysanova, V., 2018. Hydrological impacts of moderate and high-end climate change across European river basins. Journal of Hydrology: Regional Studies 18, 15–30.

Marcinkowski, P., Piniewski, M., Kardel, I., Szcześniak, M., Benestad, R., Srinivasan, R., Ignar, S., Okruszko, T., 2017. Effect of Climate Change on Hydrology, Sediment and Nutrient Losses in Two Lowland Catchments in Poland. Water 9, 156.

Martínková, M., Hesse, C., Krysanova, V., Vetter, T., Hanel, M., 2011. Potential impact of climate change on nitrate load from the Jizera catchment (Czech Republic). Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 36, 673–683.

Marx, A., Kumar, R., Thober, S., Rakovec, O., Wanders, N., Zink, M., Wood, E.F., Pan, M., Sheffield, J., Samaniego, L., 2017. Climate change alters low flows in Europe under global warming of 1.5, 2, and 3C. Hydrology and Earth System Sciences 22, 1017–1032.

Molina-Navarro, E., Andersen, H.E., Nielsen, A., Thodsen, H., Trolle, D., 2018. Quantifying the combined effects of land use and climate changes on stream flow and nutrient loads: A modelling approach in the Odense Fjord catchment (Denmark). Science of The Total Environment 621, 253–264.

Olsson, J., Arheimer, B., Borris, M., Donnelly, C., Foster, K., Nikulin, G., Persson, M., Perttu, A.-M., Uvo, C.B., Viklander, M., Yang, W., 2016. Hydrological Climate Change Impact Assessment at Small and Large Scales: Key Messages from Recent Progress in Sweden. Climate 4, 39.

Peter, J., 2019. How does climate change affect electricity system planning and optimal allocation of variable renewable energy? Applied Energy 252, 113397.

Plungė, S., Gudas, M., 2018. ŽEMĖS ŪKIS IR LIETUVOS VANDENYS. Žemės ūkio veiklos poveikis Lietuvos upių būklei ir taršos apkrovoms į Baltijos jūrą. Aplinkos apsaugos agentūra.

Povilaitis, A., Widen-Nilsson, E., Sarauskiene, D., Kriauciuniene, J., Jakimavicius, D., Bukantis, A., Kazys, J., Lozys, L., Kesminas, V., Virbickas, T., Pliuraite, V., 2018. Potential impact of climate change on nutrient loads in Lithuanian rivers. Environmental Engineering and Management Journal 17, 2229–2240.

Schindler, D.W., Hecky, R.E., Findlay, D.L., Stainton, M.P., Parker, B.R., Paterson, M.J., Beaty, K.G., Lyng, M., Kasian, S.E.M., 2008. Eutrophication of lakes cannot be controlled by reducing nitrogen input: Results of a 37-year whole-ecosystem experiment. Proceedings of the National Academy of Sciences 105, 11254–11258.

Schneider, C., Laizé, C.L.R., Acreman, M.C., Flörke, M., 2013. How will climate change modify river flow regimes in Europe? Hydrology and Earth System Sciences 17, 325–339.

Singh, V.P., 2016. Handbook of Applied Hydrology, Second Edition. In:. N.Y: McGraw-Hill Education, New York.

Šarauskienė, D., Akstinas, V., Kriaučiūnienė, J., Jakimavičius, D., Bukantis, A., Kažys, J., Povilaitis, A., Ložys, L., Kesminas, V., Virbickas, T., Pliuraitė, V., 2018. Projection of Lithuanian river runoff, temperature and their extremes under climate change. Hydrology Research 49, 344–362.

Tamm, O., Maasikamäe, S., Padari, A., Tamm, T., 2018. Modelling the effects of land use and climate change on the water resources in the eastern Baltic Sea region using the SWAT model. CATENA 167, 78–89.

The BACC II Author Team, 2015. Second Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin. OAPEN (Open Access Publishing in European Networks). Springer International Publishing.

Valiukas, D., 2015. Analysis of droughts and dry periods in Lithuania. Vilnius University (PhD thesis).

Øygarden, L., Deelstra, J., Lagzdins, A., Bechmann, M., Greipsland, I., Kyllmar, K., Povilaitis, A., Iital, A., 2014. Climate change and the potential effects on runoff and nitrogen losses in the Nordic–Baltic region. Agriculture, Ecosystems & Environment 198, 114–126.